肖力光 馮 鑠

(吉林建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

0 引言

全球能源危機(jī)日益加劇，使節(jié)約能源、有效利用能源變得尤為重要.目前，我國(guó)在建筑上消耗的能源已占社會(huì)能源消耗總量的近30%，而且還在以每年1%以上的速度增長(zhǎng)，如果不加以控制，到2020年將可能占據(jù)能源總消耗的40%.因此，研發(fā)與應(yīng)用既能降低建筑能耗，又能提高室內(nèi)環(huán)境熱感舒適度的新型節(jié)能建筑材料已勢(shì)在必行.

相變儲(chǔ)能材料［1］是一種在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有良好發(fā)展前景的新型建筑材料.它可以將一定形式的能量在特定的條件下貯存起來(lái)，并在特定的條件下釋放出來(lái)，將室內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度收窄，從而有效地降低能源消耗.最早將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于建材領(lǐng)域的研究始于1982年的美國(guó)能源部太陽(yáng)能公司，1988年，美國(guó)能量?jī)?chǔ)存分配辦公室進(jìn)一步推動(dòng)此項(xiàng)研究［2］.此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究大致經(jīng)歷以下3個(gè)階段［3］:

(1)20世紀(jì)90年代前，主要是分析相變物質(zhì)用于建材領(lǐng)域的可行性，篩選適用于建筑體系的相變物質(zhì);

(2)20世紀(jì)90年代，以完善相變物質(zhì)與建筑基材的復(fù)合工藝為主，重點(diǎn)研究相變物質(zhì)與建筑材料的相容性、穩(wěn)定性及使用壽命;

(3)20世紀(jì)90年代后至今，研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到開(kāi)發(fā)新型相變材料和定型技術(shù)，研制實(shí)用化建筑制品，并推動(dòng)其應(yīng)用于工程實(shí)踐.如今，相變儲(chǔ)能材料在太陽(yáng)能利用、廢熱回收、控溫、智能空調(diào)建筑物調(diào)溫和工程保溫隔熱材料等多方領(lǐng)域都有應(yīng)用［4］.

1 相變材料及蓄熱機(jī)理

1.1 相變材料的分類(lèi)

相變材料(PCM)或稱(chēng)相變儲(chǔ)能材料［5］，廣義上是指能被利用其在物態(tài)變化時(shí)所吸收(放出)的大量熱量用于能量?jī)?chǔ)存的材料.狹義上是指那些在固－液相變時(shí)，儲(chǔ)能密度高，性能穩(wěn)定，相變溫度適合和性價(jià)比優(yōu)良，能夠被用于相變儲(chǔ)能技術(shù)的材料.相變材料的儲(chǔ)能密度可達(dá)到同等體積顯熱儲(chǔ)存物質(zhì)的5～14倍［6］.按化學(xué)組成，相變材料可分為無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料和復(fù)合相變材3類(lèi)［7－8］.其中，無(wú)機(jī)類(lèi)PCM主要有結(jié)晶水合鹽類(lèi)、熔融鹽類(lèi)、金屬或合金類(lèi)等;有機(jī)類(lèi)PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物;復(fù)合相變儲(chǔ)能材料是無(wú)機(jī)相變材料與有機(jī)相變材料的結(jié)合使用，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)或有機(jī)相變材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果、拓展其應(yīng)用范圍.按相變方式，相變材料可分為固－固相變、固－液相變、液－氣相變和固－氣相變4類(lèi).

1.2 相變材料的蓄熱機(jī)理

相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力.以固－液相變?yōu)槔瑢⑵浼訜嶂寥刍瘻囟葧r(shí)，會(huì)產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，在熔化的過(guò)程中，相變材料吸收并儲(chǔ)存大量的潛熱;當(dāng)相變材料冷卻時(shí)，儲(chǔ)存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)會(huì)釋放到周?chē)h(huán)境中，進(jìn)行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變.在這兩種相變過(guò)程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量稱(chēng)為相變潛熱.物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大.

固－液相變材料的熔化過(guò)程［5］可以通過(guò)自由能差來(lái)表達(dá):

式中，H為焓;Tm為相變溫度(K);S為熵.

如果是平衡的，則 ΔG=0，即:ΔH=TmΔS

從上式可以看出，給定相變溫度Tm，熵的變化越大，相變材料的相變潛熱(ΔH為相變焓差)也就越大.

對(duì)于純物質(zhì)，在處于熱力學(xué)平衡時(shí)，具有如下的性質(zhì):

式中，V和p分別為體積和壓力.如果在熔化期間，壓力保持恒定，那么，對(duì)純(單成分)相變材料而言，就有:

化合物在熔化過(guò)程的熵的變化，可以近似地用組成化合物元素的熵變之和得到.

1.3 相變材料的選擇

用于建筑節(jié)能領(lǐng)域的相變材料應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)［9］:①熔化潛熱高;②相變過(guò)程可逆性好、膨脹收縮性小、過(guò)冷或過(guò)熱現(xiàn)象少;③有合適的相變溫度，能滿足需要控制的特定溫度;④導(dǎo)熱系數(shù)大，密度大，比熱容大;⑤相變材料無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，成本低，制造方便.

2 相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

相變建筑材料的復(fù)合工藝主要有:①將PCM封裝后(包括容器封裝、微膠囊封裝等)置入建筑材料中;②通過(guò)浸泡將PCM滲入多孔的建材基體(如石膏墻板、水泥混凝土等);③將PCM直接與建筑材料混合;④將有機(jī)PCM乳化后添加到建筑材料中.

相變儲(chǔ)能建筑材料的優(yōu)點(diǎn)是:①相變潛熱大，相變時(shí)溫度基本恒定，具有溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)能力.可降低夏季室內(nèi)最高溫度，提高冬季室內(nèi)最低溫度，減小室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)，提高人體舒適度;②可以轉(zhuǎn)移用電高峰時(shí)期的電力負(fù)荷，在電力供需時(shí)間上削峰填谷，緩解建筑物的能量供求在時(shí)間和強(qiáng)度上不匹配的矛盾;③節(jié)約建筑能耗，減少溫室氣體排放;④減小建筑外墻厚度，減輕建筑物自重，節(jié)約建筑材料的使用量;⑤可以吸收部分大體積混凝土水化所放出的熱，減小混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫差應(yīng)力，達(dá)到控制混凝土溫度裂縫的效果［3］.

相變儲(chǔ)能材料作為一種高效的熱能儲(chǔ)存介質(zhì)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，并具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益.目前，相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩大方面［10］:①自動(dòng)式節(jié)能.能量邊儲(chǔ)存邊釋放，充分利用自然界的冷熱源儲(chǔ)存能量，如太陽(yáng)能等;②主動(dòng)式節(jié)能.能量先儲(chǔ)存后釋放，利用人工或自然冷熱源儲(chǔ)存能量;如采用“移峰填谷”的方式，錯(cuò)峰廉價(jià)電能或白天的太陽(yáng)能在白天儲(chǔ)存，夜間需要時(shí)再釋放，以節(jié)省電費(fèi).

2.1 相變材料自動(dòng)式節(jié)能研究與應(yīng)用

2.1.1 PCM 墻體材料

鄧安仲等［11］對(duì)輕質(zhì)相變墻體在被動(dòng)式輕鋼結(jié)構(gòu)房屋中的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，相變墻體的應(yīng)用，顯著提高了輕質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的蓄熱能力，同時(shí)滿足其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的要求.而且，相變墻體可有效保持室內(nèi)適宜的溫度環(huán)境，比普通輕鋼結(jié)構(gòu)房夜間室內(nèi)溫度高7℃ ～10℃.李德魁等［12］發(fā)明了一種相變隔熱磚，磚體包括中部相變材料芯層及覆蓋在外部的磚體外圍硬質(zhì)結(jié)構(gòu)保護(hù)層.經(jīng)研究，該相變隔熱磚可以應(yīng)用于建筑墻體，有效改善室內(nèi)的溫度環(huán)境.A.Castell等［13］將相變材料摻入普通磚和泡沫磚中，制成相變磚.然后分別使用相變磚與普通磚建造房子，對(duì)兩種磚表現(xiàn)的熱性能進(jìn)行測(cè)試比較.測(cè)試結(jié)果顯示，相變磚可降低房子室內(nèi)峰值溫度1℃，同時(shí)起到平穩(wěn)日常室內(nèi)溫度波動(dòng)的作用.此外，該相變磚的使用具有顯著的節(jié)能減排效果，經(jīng)計(jì)算，整個(gè)夏季相變磚總共降低了電能消耗量15%，減少二氧化碳排放約(1～1.5)千克/年/平方米.

2.1.2 PCM 建筑板材

Kedl R J等［14］研究將18烷石蠟浸入墻板，制成一種有相變性質(zhì)的墻板，應(yīng)用于被動(dòng)式太陽(yáng)房.A.L.S.Chan［15］將PCM墻板應(yīng)用于一個(gè)模擬住宅的內(nèi)墻，并對(duì)其節(jié)能作用進(jìn)行研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn):安裝PCM墻板后，該住宅每年可節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)能耗2.9%.Colas Hasse等［16］對(duì)短期蓄熱蜂窩板的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究.他們選擇相變溫度27℃的石蠟為相變材料，將其填充于蜂窩板中，制成一種相變板材.經(jīng)檢測(cè)，在蜂窩板填充相變材料后，蜂窩板的熱傳導(dǎo)性得到增強(qiáng)，而且，所加入的相變材料無(wú)泄漏現(xiàn)象.測(cè)試相變蜂窩板在24h時(shí)間內(nèi)對(duì)溫度變化(從11℃ ～39℃)的響應(yīng)，溫度及熱通量的測(cè)量結(jié)果顯示，相變蜂窩板較普通蜂窩板的熱惰性有明顯提高.See－Hoon Lee［17］檢測(cè)一個(gè)裝有微膠囊相變墻板的實(shí)驗(yàn)房在冬季和夏季氣候條件的性能與節(jié)能特性.墻板中微膠囊相變材料的平均用量為0～4kg/m2，相變材料的相變溫度為23℃，相變潛熱211 J/g.房子的外部溫度人工控制在12℃ ～35℃之間.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)墻板中微膠囊相變材料的量低于500磅/平方英寸時(shí)，房子具有穩(wěn)定的機(jī)械強(qiáng)度.隨著微膠囊相變材料用量的增加，房間的溫度波動(dòng)幅度降低.安裝相變墻板后，房間內(nèi)的溫度變得相對(duì)穩(wěn)定，溫度變化寬度在人體感到舒適的范圍內(nèi).在節(jié)能效果方面，微膠囊相變材料在墻板中的用量約為3 kg/m2時(shí)墻板的節(jié)能效率最佳.

2.1.3 PCM 建筑涂料

楊韶勇［18］研究利用植物臨界萃取、真空冷凍析層、蒸餾、皂化等新工藝復(fù)合制成一種新型自調(diào)溫相變節(jié)能材料，并嘗試將其涂抹于墻體、頂棚等表面，經(jīng)自然干燥后，形成了無(wú)縫整體密閉的穩(wěn)定絕熱層.此相變材料具有無(wú)毒無(wú)害、綠色環(huán)保、粘結(jié)牢、抗壓抗拉、防水及綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景.王蕊等［19］研發(fā)了一種玻化微珠相變保溫蓄熱材料，將其涂抹于日光溫室的內(nèi)外墻，測(cè)量溫室涂抹前后的溫度變化，對(duì)比兩者的能耗指標(biāo).結(jié)果表明，這種材料不僅可以減小墻體厚度，而且可降低能耗，同時(shí)滿足室內(nèi)人體舒適度要求.沈志明等［20］以硬脂酸丁酯為相變材料、膨脹珍珠巖為載體，采用減壓吸附法制成定型相變材料，然后摻加脫硫石膏和外加劑配制成一種名為脫硫石膏基的相變砂漿.經(jīng)研究，當(dāng)添加的定型相變材料達(dá)到質(zhì)量15%時(shí)，該相變砂漿的性能最佳.對(duì)比相變砂漿和普通砂漿的降溫曲線發(fā)現(xiàn)，相變砂漿具有溫度調(diào)節(jié)功能，將其投入使用能夠?qū)崿F(xiàn)能源的合理利用.T.Karlessi等［21］將有機(jī)相變材料作為蓄熱材料與涂料結(jié)合，制成相變涂料，就其在城市建筑應(yīng)用的調(diào)溫節(jié)能等效果進(jìn)行研究.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該相變涂料的表面溫度低于普通涂料.對(duì)涂料的日常溫度差異分析得到:上午7點(diǎn)至10點(diǎn)，相變涂料與普通涂料的溫差最大.在此段時(shí)間，相變涂料的溫度梯度低于普通涂料.從上午10點(diǎn)至12點(diǎn)，相變涂料與普通涂料的溫度梯度值接近.最后得出結(jié)論，相變涂料能夠提高建筑的熱惰性，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，保持室內(nèi)環(huán)境的舒適度，將其應(yīng)用于建筑可抵御城市熱島效應(yīng).

2.1.4 PCM 混凝土

通過(guò)在普通混凝土中加入相變材料制成具有較高熱容的建筑結(jié)構(gòu)，可有效解決使用環(huán)境舒適度、節(jié)能與環(huán)境污染等問(wèn)題之間的矛盾.

劉福戰(zhàn)［22］以月桂酸與月桂醇二元低共熔體作為相變材料，選擇膨脹珍珠巖作為載體，利用真空吸附法制備成一種相變材料，將其與普通混凝土配制出建筑節(jié)能用相變儲(chǔ)能混凝土，對(duì)其儲(chǔ)能效果進(jìn)行了測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明，在相變混凝土中，月桂醇、月桂酸二元復(fù)合相變材料起到了延緩混凝土溫度增長(zhǎng)的作用，對(duì)環(huán)境溫度的峰值有明顯的推后作用.此現(xiàn)象說(shuō)明相變混凝土已具有儲(chǔ)能控溫的性能.劉福戰(zhàn)用膨脹珍珠巖吸附石蠟作為相變材料，替代部分普通混凝土細(xì)骨料配制成相變混凝土，對(duì)相變混凝土的力學(xué)性能及熱性能進(jìn)行了測(cè)試［23］.發(fā)現(xiàn)當(dāng)相變材料吸入量不大于100%且替砂率不大于50%時(shí)，相變混凝土的強(qiáng)度較普通混凝土相比降幅不大，且具有較好的儲(chǔ)能控溫效果.

相變材料其他自動(dòng)式節(jié)能應(yīng)用還包括相變天花板［24］、相變地磚［25］、相變地板［26］、相變陽(yáng)臺(tái)欄板等［27］.

2.2 相變材料主動(dòng)式節(jié)能研究與應(yīng)用

2.2.1 PCM用于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

相變蓄冷技術(shù)是利用夜間用電低谷期，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，利用物質(zhì)潛熱將冷量?jī)?chǔ)存在某種相變材料中，在白天用電高峰時(shí)，將冷量釋放出來(lái)，從而滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝用冷的需求.

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用相變蓄冷技術(shù)，在夜間進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存，使用電網(wǎng)的基荷電負(fù)荷，從而可以避免常規(guī)空調(diào)在高峰負(fù)荷時(shí)使用峰荷電量.相變蓄冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用不能直接增加電網(wǎng)高峰負(fù)荷的電能，但能依靠減少對(duì)電網(wǎng)高峰的用電需求，將高峰用電量轉(zhuǎn)移到低谷用電時(shí)間，從而緩解高峰用電緊張的矛盾［28］;

2.2.2 PCM 用于供熱系統(tǒng)

(1)太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng).太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)是以太陽(yáng)能為主要能源，利用低谷電作為輔助熱源，選擇蓄能密度大的相變材料作為蓄熱體，在陽(yáng)光充足的白天，把集熱器收集的太陽(yáng)輻射熱貯存在相變蓄槽中，以供陰雨天、晚間或者其他需要的時(shí)候使用.根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)模、用途的不同，釋放蓄存的熱能可作為供應(yīng)生活熱水或者采暖之用［29］;

(2)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng).太陽(yáng)能熱泵是太陽(yáng)能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可提高太陽(yáng)能集熱器的效率和熱泵系統(tǒng)的性能［30］.太陽(yáng)能是可再生能源，但存在能流密度低、不均勻性、間歇性等特點(diǎn)，利用相變材料的蓄熱能力將熱量?jī)?chǔ)存在相變蓄熱水箱中，可使太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)保持穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài).經(jīng)研究，脂肪酸類(lèi)低共融混合物具有相變溫度低、相變潛熱大、性能穩(wěn)定、無(wú)過(guò)冷度和價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，適用于太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)［31］;

(3)電熱相變儲(chǔ)能鍋爐系統(tǒng).電熱相變儲(chǔ)能鍋爐系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)和溫控裝置，把谷期的電力轉(zhuǎn)變成熱能在相變儲(chǔ)能元件內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，用于加熱水和空氣供峰期使用.相變儲(chǔ)能材料具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)釋能過(guò)程近似等溫等優(yōu)點(diǎn)，因此，使用其作為介質(zhì)的儲(chǔ)熱設(shè)備要比以水等其他介質(zhì)做成的儲(chǔ)熱設(shè)備具有更大優(yōu)勢(shì).對(duì)200 kW電熱相變儲(chǔ)能鍋爐與普通200 kW電熱熱水鍋爐指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，電熱相變儲(chǔ)能鍋爐每天比電熱熱水儲(chǔ)能鍋爐節(jié)省電費(fèi)909元［32］;

(4)相變自循環(huán)供熱系統(tǒng).相變自循環(huán)供熱系統(tǒng)由熱交換器和裝有相變材料的儲(chǔ)液容器構(gòu)成.其中，應(yīng)用的相變材料為氣液相變材料，儲(chǔ)液容器與外接熱源連接，由外接熱源與相變材料發(fā)生熱交換而使相變材料發(fā)生相變.熱交換器安裝于供熱建筑內(nèi)用于與供熱建筑室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換.本系統(tǒng)充分利用其它低品位熱源向室內(nèi)供熱，使室內(nèi)溫度保持穩(wěn)定;系統(tǒng)具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、損耗小、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn).不但能滿足隨時(shí)供熱的要求，還不受應(yīng)用位置的限制，可以滿足建筑物內(nèi)不同位置的供熱要求［33］.

3 相變材料在其它領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

(1)PCM電池.現(xiàn)行電動(dòng)汽車(chē)上用的蓄電池主要是鎳氫電池和鋰離子電池，無(wú)論是哪一種，都有其最佳工作溫度范圍.超過(guò)或低于最佳工作溫度會(huì)使電池的性能和壽命受到影響.因?yàn)橄嘧儾牧暇哂袩峁芾砭鶆蛐院?，系統(tǒng)質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，所以可以利用其作為電動(dòng)汽車(chē)蓄電池的冷卻介質(zhì)，Said Al.Hallaj等［34］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，PCM在常溫下應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)用蓄電池包熱管理系統(tǒng)的可行性.沈云飛等［35］研究發(fā)現(xiàn)，用PCM結(jié)合發(fā)泡材料可有效改善PCM導(dǎo)熱系數(shù)低的問(wèn)題，應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子蓄電池包熱管理能保證鋰離子電池在適宜溫度下工作，且維持電池間的均勻性;

(2)PCM熱管.熱管是一種在封閉的管殼中充以工作介質(zhì)并利用介質(zhì)的相變吸熱和放熱進(jìn)行熱交換的高效換熱元件.Ying－Che?Weng等［36］就相變熱管在電子冷卻的應(yīng)用進(jìn)行研究.他們?cè)跓峁芙^熱段覆蓋一個(gè)裝有相變材料的存儲(chǔ)容器，存儲(chǔ)容器可根據(jù)蒸發(fā)器熱力和冷凝器風(fēng)扇速度吸熱或放熱.本實(shí)驗(yàn)以3種相變材料、相變材料填充量、風(fēng)扇速度、熱功率為參數(shù)對(duì)相變材料的冷卻性能進(jìn)行研究.結(jié)果顯示，相變熱管具有較好的冷卻性和節(jié)能性.以二十三烷為相變材料的相變熱管可比傳統(tǒng)熱管節(jié)省46%的風(fēng)機(jī)能耗;

(3)PCM蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器.M.Gumus等［37］將相變材料應(yīng)用于以液化石油氣為燃料的汽車(chē)蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器中，通過(guò)相變材料儲(chǔ)存熱能，解決汽車(chē)的冷起動(dòng)耗能與排污問(wèn)題.研究發(fā)現(xiàn)，裝有相變材料的蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器能夠解決汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)問(wèn)題.相變蒸發(fā)器與壓力調(diào)節(jié)器可以在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻15h后立即啟動(dòng)，避免了冷啟動(dòng)能耗，同時(shí)降低了一氧化碳排放量17.32%，碳?xì)浠衔锱欧帕?8.71%;

(4)PCM散熱器.S.C.Fok等［38］以正二十烷為相變材料置入翅片散熱器中，用于冷卻手提式電子設(shè)備.他們就相變材料、翅片數(shù)量、裝置方位以及功率(從3到5瓦)對(duì)散熱器瞬態(tài)熱性能的影響進(jìn)行研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該相變翅片散熱器能夠用于冷卻移動(dòng)設(shè)備，其使用效果與相變材料的含量、翅片數(shù)量、熱源的功率，以及裝置的使用模式有關(guān);

(5)射流沖擊及噴霧冷卻用PCM漿體.W.Wu等［39］使用聚合物膠囊封裝粒徑為100 nm的石蠟顆粒，以防止石蠟的泄漏與結(jié)塊，制成一種石蠟?zāi)z囊，加水后形成一種納米膠囊相變漿體.經(jīng)研究，應(yīng)用此漿體，可增強(qiáng)射流沖擊及噴霧冷卻的傳熱性能.其中，石蠟納米粒子的體積分?jǐn)?shù)對(duì)相變漿體的降壓與傳熱起到重要的作用.與堿溶液相比，顆粒體積分?jǐn)?shù)為28%的相變漿體可分別提高射流沖擊冷卻及噴霧冷卻傳熱系數(shù)50%和70%;

(6)PCM服飾.相變材料在相變時(shí)吸收和釋放潛熱，可用于制作控溫服飾.Gao Chuansi等［40］在一個(gè)人工氣候室使用衣著相變服飾的人體模型，研究相變服飾冷卻速率與溫度梯度、相變材料質(zhì)量和覆蓋面積的關(guān)系.研究結(jié)果表明，相變衣服的冷卻速度與溫度梯度相關(guān)，當(dāng)在炎熱的氣候下使用該相變衣服，溫度梯度需高于6℃.在溫度梯度相同的情況下，冷卻速率主要取決于覆蓋面積.此外，相變材料的質(zhì)量和相變潛熱決定了相變衣服冷卻效果的持續(xù)時(shí)間.Cardoso Isabel等［41］將一種具有阻燃作用的相變微膠囊材料應(yīng)用于服裝的內(nèi)襯，使相變服飾增加了阻燃功能;

(7)PCM電子器件冷卻系統(tǒng).相變材料的固液相變具有較高的相變潛熱且相變體積變化小，可以廣泛應(yīng)用于間歇性工作的電子器件溫控中.經(jīng)研究，將石蠟應(yīng)用于體積和功率較小的電子器件冷卻系統(tǒng)中已經(jīng)取得了良好的溫控效果［42］;

(8)PCM潛熱輸送系統(tǒng)(LHT).潛熱輸送系統(tǒng)(LHT)是一種熱量回收與輸送系統(tǒng).Takahiro Nomura等［43］研究以固固相變溫度293℃，熔點(diǎn)320℃的NaOH為相變材料，回收煉鋼廠溫度高于300℃的余熱，將熱能向化工廠輸送，供給蒸餾塔蒸餾苯，甲苯，二甲苯(苯).經(jīng)評(píng)估，LHT系統(tǒng)的蓄熱密度是感熱輸送系統(tǒng)(SHT)的2.76倍;該系統(tǒng)的能量要求、火用損失以及CO2排放量?jī)H為無(wú)熱回收能力的普通系統(tǒng)的8.6%，37.9%，17.5%.

4 結(jié)語(yǔ)

從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，研究如何在滿足使用者舒適度的前提下，盡可能地提高建筑物對(duì)能源的有效利用率，對(duì)于當(dāng)前的能源形勢(shì)具有重大的意義.隨著人們對(duì)節(jié)能問(wèn)題的日益重視，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，相變儲(chǔ)能材料必將在今后的建筑節(jié)能及其他領(lǐng)域大有用處，其應(yīng)用前景也會(huì)越來(lái)越廣闊.

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